CN107113364B - 成像设备 - Google Patents

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Abstract

一种成像器包括成像压板，该成像压板提供可以被放置的待成像物体抵靠住的成像表面。该成像压板包括光电检测器层和用于将光引导向物体的导光层。光源用于将光发射到导光层中。光源位于导光层的边缘，以将光导向成像压板的导光层中。

Description

成像设备
技术领域
本文中描述的实施例涉及用于从物理表示(诸如从纸张)捕获数字图像的设备。
背景技术
扫描仪执行从打印在纸张上的表示(representation)捕获数字图像的功能。商用扫描仪可能很重、体积大、不易携带和易碎。通常，平板扫描仪包括平面玻璃压板，其一侧上可以放置目标文件。使用时，在玻璃压板的另一侧的附近，细长扫描元件在与压板平面平行的平面中扫过。盖体可以相对于使用时放置在文件上的玻璃压板用铰接而设置。使用时盖体将文件抵靠住玻璃压板，以实现可靠的图像捕获。盖体的内表面可以涂覆合适的材料，以呈现白色背景，其中被扫描的片材的范围可以不延伸穿过整个扫描范围。扫描元件包括一维光电检测器阵列和相应的发光器阵列。当扫描元件扫过要扫描的文件时，发光器阵列产生条带状的光，其使得文件被扫描照亮，并且光电检测器阵列基于文件被扫描照亮来检测文件的图像。扫描元件的扫描运动使用例如由步进电机驱动的扫描机构来实现。需要扫描机构以精确和可重复的方式影响扫描元件的扫描运动，这增加了重量、体积和易碎性。
存在平板扫描仪的其他配置。例如，扫描元件的光电检测部分可以以固定配置重新布置，其中，借助于与扫描光源一起移动的反射镜，来自被扫描文件的反射光被重定向到固定光电检测器。
更便携的扫描仪也是可用的。手持杆型扫描仪包括发光器和光电检测器的阵列，其中在使用时，通过手扫过放置在便利的表面(如桌子)上的文件，扫过发光器和光电检测器的阵列。这存在着潜在的问题，其依赖于用户的手的稳定性来产生适当的图像。被扫描文件上可能需要参考标记，以能够对产生的扫描数据进行校准。可能需要多次尝试才能实现可接受质量的扫描。杆型扫描仪构思可以调整为馈通配置(feed-throughconfiguration)，其中机械文件馈送器被布置为与发光器和光电检测器相邻，以促使馈送路径上的文件经过扫描元件，使得能够进行扫描。显然，这涉及与杆型扫描仪相关联的扫描的不可靠性，但是其引入的进一步限制在于，馈送机构将与书或其他有限制或厚重的文件不兼容。馈送机构无疑也会对要扫描的文件宽度造成限制，过大尺寸的文件根本不适合，而过小的文件可能发生错位和/或可能卡在馈送机构中。
附图说明
图1是根据所描述的实施例的成像器的顶视图；
图2是图1所示的成像器的截面图；
图3是根据第二实施例的成像器的压板的一部分的截面图；
图4是根据第三实施例的成像器的压板的一部分的截面图；以及
图5是根据第四实施例的成像器的压板的一部分的截面图。
具体实施方式
如图1所示，成像设备10具有大致矩形的形状，其中矩形成像压板12被对应的壳体14限定。如图2所示，壳体14包括底板20、边缘部分22和与成像压板12的边缘接合以形成外壳的前边框24。在一个实施例中，这样形成的外壳是密封的，以避免异物进入外壳的内部。
成像压板12是多层结构。图2示出了这些层。如图2所示的各层的厚度被夸大以使它们能够被清楚地区分，读者将理解，在实践中，这些层可以薄得多。
背板30提供对成像压板12的机械支撑，并且还提供与层叠在背板上的光电检测器层32的电连接。成像压板的外层34包括导光膜。在成像压板12的制造期间，将该膜层压到光电检测器层32上。
成像压板12安装在边框24中，使得成像压板12的外表面与边框24的外表面齐平(共面)。
读者将理解，在另一实施例中，成像压板可以不与边框的外表面共面。所描述的实施例的共面特征在需要扫描大于成像压板的文件的情况下会是有用的。
如图2所示，发光二极管(LED)40位于导光膜34的边缘。在操作中，LED 40用于将光引导到导光膜34中。
在其他实施例中，可以使用除LED外的替代光源。
图2所示的布置还提供了控制器50和电池52。电池52向控制器50提供电力，由此向有源背板30、光电检测器32和LED 40提供电力。控制器50电连接到安装在壳体14的边缘部分中的连接器54，使得成像器10可以例如连接到计算设备以交换数据和/或程序信息，或连接到电源以对电池52进行再充电。为此，在特定实施例中，该连接器可以符合技术标准。合适的标准规格包括USB、迷你USB、微型USB或任何其他多引脚连接器。备选地，可以实现定制的、设备专用的连接器。
所示布置是示意性的。成像器10的特定内部组件的位置可以依便利性而变化。例如，在替代实施例中，控制器和电池可以位于成像压板周围，或者例如包括在手柄中。
在一个实施例中，成像器10可以包括无线通信能力，使得成像器10可以置于与其他设备的无线通信中。合适的无线通信设备包括根据IEEE 802.1 1系列标准提供的设备，其中包括用WiFi标记指定的设备。存在替代的无线通信标准，其中包括蓝牙标准。
在其他实施例中，可以提供有线连接装置，例如USB通信端口。还可以存在用于容纳诸如存储卡(特别是符合安全数字(SD)标准的卡)之类的数字介质的插孔。
有源背板30提供用于控制光电检测器的基体(matrix)。该基体可以是有机或无机材料的。光电检测器层叠或处理在有源基体的顶部上。导光膜的层叠可以被认为等同于在构建X射线平板成像器的闪烁体时所使用的方法。
一种可能的有源基体可以是有源硅基体。如果有源基体是透明的，则光电检测器可以被布置在有源基体的下方，如果其提供了生产优势的话。
为了适应成像器使用各种不同大小文件的可能性，有源光电组件在成像压板上的分布应当是均匀的。
期望导光膜尽可能薄，以避免影响扫描仪分辨率。导光膜的厚度用于将有源光电组件与待成像的文件分开。作为非规定性示例，可以从例如美国伊利诺伊州芝加哥的FLExLighting II有限公司(www.flexlighting.com)获得50um的导光膜。
具体实施例应当考虑确保尽可能多地将LED发射的光导向待成像的文件且尽可能少地导向光电检测器的需要。读者将理解，所发出的光中入射到光电检测器上的光增加，则将降低图像捕获中可实现的对比度。现在描述三个示例来说明如何实现这个期望的效果。
图3示出了对前述实施例的修改。图3是压板的一部分的截面图，包括导光膜134。在所有其他方面，图3的压板与图1和图2的实施例相同。
图3的导光膜134用梯形棱镜136增强。这些棱镜特征在LED发光方向的横向上延伸。这些棱镜的实际尺寸将远小于图3所示的尺寸，关于文件距有源光电器件的距离的相同考虑也适用于此。
每个梯形棱镜由四个延伸面和两个端面限定。延伸面中有两个延伸面平行。两个平行面中较窄的平行面邻接导光膜134的外表面。其他两个面中的每个面限定相对于平行面的相同角度。所使用的特定角度将取决于导光膜和棱镜本身的折射率，利用折射和内部反射的效果来使通过棱镜的外部(较宽)平行面导向文件的光量最大化并且使从LED发射到光电检测器的光量最小化，而不会先从待成像的文件反射。
在备选实施例中，如图3所示，仅从一侧将光导向压板，最右侧面的角度可以垂直于成像压板。
图3中的虚线表示发射光的示例射线，以示出可以通过合适的折射率材料选择和合适的角度以促进全内反射而设计的路径。
应指出的是，在该示例中，以这种方式引入棱镜特征的影响是双重的。首先，与所描述的第一实施例相比，待成像的文件和光电检测器之间的间距增加。这可以通过将棱镜特征的尺寸保持得尽可能小而得以改善。这可以使用精密加工(例如金刚石车削)来实现。可以肯定的是，难以获得具有这种小特征而且非常长的梯形棱镜。彼此相邻布置的较短的梯形棱镜仍将有效地工作，只要它们的轴布置为基本垂直于发射光。
其次，从待成像的文件反射的光的路径将受所插入的棱镜特征的影响。入射在棱镜中心的光将透过并进入光电检测器。偏离中心的入射光可能会命中棱镜的倾斜侧面，引起全内反射(光路是可逆的)。这会降低图像捕获的精度。然而，合适的图像处理可以至少部分地解决这个问题。另外，降低棱镜的高度可能会降低这种影响，但这样做会降低包括棱镜在维持良好对比度方面的益处。读者将理解，通过优化可以在这两个处境之间取得平衡。最后，更高密度的棱镜将允许更高像素密度的图像。
图4中示出了第三实施例。在该实施例中，前述的导光膜被能够发射偏振光的膜234替代。偏振器232插入在导光膜和光电检测器之间。偏振器的对准用于例如基本上阻挡从导光膜直接发射到光电检测器层的偏振光。从待成像的文件反射的光将被散射，这将至少部分地破坏光的偏振。因此，从文件反射的光的一部分将通过偏振器。自然地，读者将认识到，利用与偏振器的偏振方向垂直的偏振，将存在与由导光膜向偏振器发射的光的吸收相关联的损耗以及与由文件反射的光的吸收相关联的进一步损耗。在选择将由LED产生的光的强度时，应考虑这两种损耗。
图5中示出了第四实施例。在该实施例中，光电检测器层330的光电检测器是波长敏感的。波长转换层336(例如，荧光体(phosphor)层)被涂覆在导光膜334上，即，使用时导光膜334的指向待扫描文件的一侧。导光膜334掺杂有散射颗粒，这促进了从导光膜上面(朝向文件，如图所示)和下面(朝向光电检测器，如图所示)发出光。
导入导光膜的光的波长由光源即LED 40来决定。LED的波长范围通常非常集中在特定波长处，在中心波长的5％左右。
在该示例中，选择荧光体以便在与LED的波长间隔开的波长处发光。由此，来自荧光体的光和LED光是可区分的。光电检测器适配为与荧光体相关联的波长。
如图所示，来自LED的光通常将被散射颗粒在导光膜内散射。示出了一个散射颗粒350，其大小被非常夸大。由光线A表示的散射光的一部分将被引导到光电检测器层330。由于光电检测器未适配为LED光的波长，所以该光将不会被光电检测器检测到。由光线B表示的散射光的另一部分将被引导到荧光体，并且将致使在相同方向上向文件发射的光，所述光具有与荧光体相关联的波长。然后该光将被文件反射。反射光(实际上将被散射，但在图5中由光线C表示)然后入射在荧光体上并穿过荧光体。该光被适配为与荧光体相关联的波长的光电检测器检测到。
读者将理解，荧光体层需要设计为使得入射光线被转换成具有不同波长但相同方向的光线。
可以使用对不同颜色或滤色片敏感的光电检测器来检测彩色图像。备选地，可以使用场顺序发光，例如闪烁红色、蓝色和绿色的LED，从而使得滤色片是多余的。
如图所示，成像器是独立的、具有专用功能的设备。然而，所描述的光电检测能力可以集成到平板电脑或其他手持电子设备中，例如在已经提供控制和数字图像处理能力的平板电脑的背板上。
尽管已经描述了一些实施例，但是这些实施例仅以示例方式呈现，而不是为了限制本发明的范围。的确，本文中描述的新方法、设备和系统可以实施为各种其他形式；此外，可以在不脱离本发明的精神的前提下，对本文所描述的方法、设备和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在涵盖落入本发明的精神和范围内的这些形式或修改。

Claims (17)

1.一种成像器，包括：
成像压板，提供能够被放置的待成像物体抵靠住的成像表面，所述成像压板包括光电检测器层和用于将光引导向物体的导光层；以及
光源，用于将光发射到所述导光层中；
其中，所述光源位于所述导光层的边缘，以将光导向所述成像压板的所述导光层中，以及
其中，所述成像压板包括光引导装置，所述光引导装置安装在所述成像表面上并且包括多个梯形棱镜，以将来自所述导光层的光导向邻近所述成像压板的文件，所述梯形棱镜具有两个平行面和两个不平行面，
其中，所述两个平行面中较窄的平行面邻近所述导光层，并且其中，所述不平行面中的至少一个与所述平行面形成夹角，以引起从所述导光层进入所述梯形棱镜的光的全内反射。
2.根据权利要求1所述的成像器，还包括：外壳，包围控制器并提供所述成像压板的所述成像表面以供使用。
3.根据权利要求2所述的成像器，其中，所述外壳包括限制所述成像压板的边缘的边框。
4.根据权利要求3所述的成像器，其中，所述边框具有与所述成像压板的所述成像表面齐平的外表面。
5.根据权利要求2所述的成像器，其中，所述控制器用于捕获对所述光电检测器层处的光检测加以指示的信号。
6.根据权利要求5所述的成像器，其中，所述控制器用于处理光检测信号以形成对文件的图像加以指示的图像数据。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的成像器，其中，所述控制器用于使得所述光源发光，并且还用于指示所述光电检测器层检测与所述发光相对应的光。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的成像器，其中，所述光源是发光二极管。
9.根据权利要求8所述的成像器，其中，所述光源是多个发光二极管。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的成像器，其中，所述成像压板用于从所述导光层发射偏振光，并且所述成像压板还包括插入在所述导光层和所述光电检测器层之间的偏振层，所述偏振层用于吸收来自所述导光层的偏振光。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的成像器，其中，所述导光层包括散射颗粒，所述散射颗粒用于使得从所述光源发出的光被散射。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的成像器，其中，所述成像压板包括波长转换层，所述波长转换层用于响应于入射到其上的光而发射特定波长带的光，其中所述光电检测器层与所述特定波长带适配，并且其中所述光源用于发射在所述特定波长带之外的光，使得所述光电检测器层能够在使用时区分由所述光源发射的光和被成像文件反射的光。
13.根据权利要求12所述的成像器，其中，所述波长转换层包括荧光体。
14.根据权利要求1至6中任一项所述的成像器，其中，所述光电检测器层用于检测多个波长的光，从而允许收集用于捕获彩色图像的图像信息。
15.根据权利要求14所述的成像器，其中，所述光电检测器层包括多个光电检测器，所述光电检测器的第一部分对第一波长的光敏感，所述光电检测器的第二部分对第二波长的光敏感，并且第三部分对第三波长的光敏感，所述第一波长、第二波长和第三波长形成加性彩色系统。
16.根据权利要求15所述的成像器，其中，所述光电检测器层包括施加在所述光电检测器上的滤色片阵列，以使所述光电检测器对第一波长、第二波长和第三波长中的特定波长敏感。
17.根据权利要求1至6中任一项所述的成像器，其中，所述光源用于依次发射以第一波长、第二波长和第三波长为中心的光，以形成加性彩色系统，所述光电检测器层相应地用于依次捕获用于构建加性彩色图像的分量图像。
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